用一只贝壳,科学家窥见7000万年前的日夜

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本文泉源:举世科学

想象你乘坐时光机穿越到了白垩纪,经由艰辛的挣扎求生,你看了眼表,叹息终于到了23:30,另有半小时就乐成存活到第二天了!就在这时,一只霸王龙从身后靠近了你,用它的小短手戳了戳你后背:“兄弟你想啥呢,这不都已经第二天了?”

你一路逃跑,边跑还边纳闷:“怎么回事啊,说好的一天24小时呢,怎么纷歧样了?”不用张皇,你应当还在地球上。最近一项揭晓于《古海洋学与古气候学》的研究显示,在7000万年前的白垩纪晚期,地球的一天只有约23.5小时。

一年372天

地球的自转速率是如何随时间变化的,这对科学家来说是一个有趣的挑战。究竟,我们无法回到已往直接体验并记载其时的情况。想要相识这些信息,研究者只能像侦探一样,从可能的地质证据中寻找蛛丝马迹。

一种名为Torreites sanchezi的双壳动物的化石,就为远古地球情况的回复提供了高清证据。双壳动物是一种在身体左右两侧具有两瓣对称外壳的软体动物,我们现在吃的蛤蜊、扇贝等都属于双壳类。

贻贝也属于双壳动物(图片泉源:pixabay)

双壳类一直是古气候与古情况学中经常使用的研究工具。就像树木拥有年轮一样,它们的壳体也有生长线或生长纹。由于地理位置、气候等因素的差别,树木的生长速度会发生变化,从而影响年轮的疏密及清晰水平。同样,双壳类的生长线也能反映类似的情况条件。

这篇论文研究的化石很是特别,它的生长线精度极高,且生存完好。研究者通过显微镜视察发现,T。 sanchezi的壳体中,浅色和深色纹层交替泛起,每一组浅色与深色的纹层仅有约40微米厚。这就是它昼夜生长的痕迹——白昼长出的壳体颜色浅,夜晚长出的颜色深。日复一日,这些纹层记载下7000万年前的每一天。研究者还发现,浅色和深色纹层的厚度比例出现出以15天和30天为周期的变化,这很可能代表了潮汐和月度的周期。在此基础上,研究者进一步识别出了季度和年度周期。研究显示,该个体至少生存了9年,其中4年的生长线很是清晰、完整,提供了绝佳的研究质料。

化石中清晰可见浅色和深色互层(图片泉源:AGU)

除了肉眼可以瞥见的颜色变化,研究者还丈量了壳体差别纹层中的稳定同位素(δ18O与δ13C)及微量元素(Ca、Mg、Sr、Li)含量,同样从这些化学指标中检测出变化周期。综合两种手段,经由进一步校准,研究者数出在该个体生存的时代,一年中有372±8.4天。思量到地球公转轨道相对稳定,即每一年的总时长基本稳定,由此可以算出,7000万年前的一天只有约23.5小时。

与藻类共生的蛤

T。 sanchezi生存于热带浅海,是一种底栖固着生存的蛤类,因此也被称为“固着蛤”,但它们在约莫6600万年前,白垩纪末期的大灭绝事件中,就和恐龙一起灭绝了。论文通讯作者,比利时布鲁塞尔自由大学(Vrije Universiteit Brussel)的地球化学家尼尔斯·德温特(Niels de Winter)先容道:“固着蛤是一种奇特的动物,现在已经没有任何类似的双壳类动物了。在白垩纪晚期,这种双壳动物漫衍很是广泛,而且是重要的造礁生物。它们其时在生态系统中的作用,类似于我们现代的珊瑚。”

某种固着蛤类的化石,并不是本文所研究的化石

研究使用了激光刻蚀-电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS),该设备能用激光从壳上打下一连串直径只有10微米的小点,从而对壳体的差别部位一连取样,以分析微量元素的含量。在壳体生长时,情况温度及海水的身分都市影响其微量元素的比例。因此通过丈量微量元素,甚至能够还原出其时每一天的情况变化。德温特对此感应很是惊喜:“我们在天天的生长带中都能采到4、5个数据点,这种精度在地学研究中是很难到达的。我们基本上看到了7000万年前的每一天,这太神奇了!”

LA-ICP-MS测得的微量元素数据,蓝色和绿色的阴影代表15天一组的周期,红色框代表30天一组的周期。

研究显示,白垩纪晚期的海洋温度比以前认为的还要高,夏天可以到达40℃,冬天也凌驾了30℃。作者在研究中提出,夏季的高温可能已经靠近了软体动物的生理极限。

LA-ICP-MS带来的另一个有趣的效果是,相比起差别季节的差异,壳体的身分在白昼与夜晚的差异更大。白昼壳体的生长速度很快,而夜晚则较慢。在研究中,作者指出,这种双壳对日周期有很强的依赖性,这代表它的生长与光互助用有关。研究提出,这种蛤很可能与某种能举行光互助用的生物共生。这种现象类似于现生的砗磲,它会与虫黄藻共生——虫黄藻可以借助砗磲的外套膜有效觅食及繁殖,砗磲则可以拿虫黄藻当“小灶”,以维持庞大体型的消耗。

英国公然大学(Open University)的退休教授,研究固着蛤的专家皮特·斯凯尔顿(Peter Skelton,并未到场本研究)评价道:“现在,关于固着蛤是否与光合生物共生的讨论只存在形态学证据。而这一发现,为这一推测首次提供了有力的证据。”不外他也提醒,这一结论只适用于T。 sanchezi,并不能推广到其他固着蛤类。

月亮正在远离我们

在地球历史上,一年的天数一直在淘汰,或者说,天天的时间在连续增加。这是因为月亮引力导致的潮汐摩擦力会使得地球的自转速度变慢,这也被称为“潮汐摩擦”。相对的,潮汐的拉动会使月球在其轨道上略微加速,因此在地球自转变慢的同时,月球的轨道也正在远离地球。通过月球外貌的激光丈量仪器,测得月球远离我们的速度现在约为每年3.82厘米。

但科学家提出,在历史上,月球远离地球的速度并非保持稳定。原理很简朴——如果根据现有速度回推的话,那么14亿年前,月球应当在地球内部。显然,现在对月球年事的推测远大于14亿年(普遍认为是45亿年)。而本文提到的这项研究,资助我们相识了地月系统漫长演化历史中的一个瞬间。

德温特及其同事表现,希望未来能将这一方法应用于更多、更古老的化石中。如果能够凭借类似方法,得知地球历史上天天时长的变化,或许能够资助重建地月间距离变化历程,以及地月系统演化的历史。